Nghiên cứu mối quan hệ giữa hiện tượng giảm lực cản và cấu trúc hình thành do trượt sis trong dòng chảy rối của các dung dịch surfactant

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Chữ ký Phạm Thị Lan Hương i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm Luận văn tốt nghiệp, với nỗ lực phấn đấu thân hướng dẫn tận tình TS Hồ Việt Cường, PGS.TS Trần Thanh Tùng cán thuộc Trung tâm Nghiên cứu động lực Sơng- Phịng thí nghiệm trọng điểm quốc gia động lực học sông biển, ban chủ nhiệm đề tài KC.08.05/16-20 “Nghiên cứu đánh giá xu diễn biến, tác động hạn hán, xâm nhập mặn phát triển kinh tế- xã hội vùng đồng sơng Hồng- Thái Bình đề xuất giải pháp ứng phó”, em hồn thành luận văn tốt nghiệp mình, với đề tài: “Nghiên cứu diễn biến xâm nhập mặn cửa sông vùng đồng sông Hồng – Thái Bình có xét tới tác động biến đổi khí hậu” Thời gian làm Luận văn tốt nghiệp khoảng thời gian vô quý giá để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức học giúp em biết cách áp dụng lý thuyết vào thực tế Đây Luận văn tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế vận dụng tổng hợp kiến thức học Dù thân cố gắng thời gian hạn chế trình độ nên Luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em kính mong bảo, hướng dẫn, giúp đỡ thầy cô giáo giúp cho Luận văn em hồn chỉnh hơn, từ kiến thức chun mơn hoàn thiện nâng cao Em xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu luận văn Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƯƠNG I TỔNG QUAN .5 1.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 1.1.1 Đặc điểm hệ thống sông 1.1.2 Đặc điểm khí tượng, khí hậu 1.1.3 Đặc điểm thủy văn, dòng chảy 11 1.1.4 Đặc điểm hải văn 13 1.1.5 Hiện trạng xâm nhập mặn khu vực nghiên cứu 15 1.2 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn Việt Nam 17 1.2.1 Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn Việt Nam 17 1.2.2 Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn có xét tới tác động BĐKH NBD 18 1.2.3 Tình hình nghiên cứu khu vực đồng sơng Hồng – Thái Bình 19 1.3 Tổng quan biến đổi khí hậu khu vực đồng sơng Hồng – Thái Bình 20 1.3.1 Khái niệm chung biến đổi khí hậu 20 1.3.2 Kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng Việt Nam năm 2016 21 1.3.3 Biểu biến đổi khí hậu khu vực đồng sơng Hồng - Thái Bình 26 1.4 Kết luận chương I 28 CHƯƠNG THIẾT LẬP MƠ HÌNH TỐN MƠ PHỎNG XÂM NHẬP MẶN CHO VÙNG ĐỒNG BẰNG SƠNG HỒNG - THÁI BÌNH 29 2.1 Phân tích, lựa chọn cơng cụ tính tốn 29 2.1.1 Các công cụ nghiên cứu dự báo cảnh báo xâm nhập mặn 29 2.1.2 Lựa chọn mơ hình mơ xâm nhập mặn 30 2.1.3 Giới thiệu sở lý thuyết mơ hình 31 2.2 Các số liệu phục vụ thiết lập mơ hình xâm nhập mặn cho khu vực nghiên cứu 36 2.2.1 Tài liệu địa hình 37 2.2.2 Tài liệu khí tượng, thủy văn 38 2.3 Xây dựng mơ hình xâm nhập mặn cho khu vực nghiên cứu 38 iii 2.3.1 Thiết lập mơ hình chiều 38 2.3.2 Thiết lập mơ hình chiều vùng cửa sông, ven biển 40 2.3.3 Thiết lập mơ hình kết nối 1-2 chiều 41 2.4 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình 43 2.4.1 Lựa chọn thời gian hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 43 2.4.2 Vị trí hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 44 2.4.3 Ngun tắc hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình 45 2.4.5 Bộ thơng số kiểm định, hiệu chỉnh mơ hình 46 2.4.4 Kết hiệu chỉnh mơ hình 49 2.4.5 Kết kiểm định mơ hình 53 2.5 Kết luận chương II 57 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN, DỰ BÁO DIỄN BIẾN XÂM NHẬP MẶN TẠI CÁC CỬA SÔNG TRONG KHU VỰC NGHIÊN CỨU 58 3.1 Xây dựng kịch nghiên cứu xâm nhập mặn khu vực cửa sơng điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng 58 3.1.1 Kịch trạng 58 3.1.2 Kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng đến năm 2030 60 3.1.3 Kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng đến năm 2050 62 3.2 Tính tốn mơ diễn biến xâm nhập mặn cửa sông khu vực theo kịch 63 3.2.1 Diễn biến xâm nhập mặn cửa sông điều kiện trạng 63 3.2.2 Diễn biến xâm nhập mặn cửa sông điều kiện tác động BĐKH NBD đến năm 2030 68 3.2.3 Diễn biến xâm nhập mặn cửa sông điều kiện tác động BĐKH NBD đến năm 2050 71 3.3 Phân tích, đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu nước biển dâng đến diễn biến xâm nhập mặn vùng đồng sơng Hồng- Thái Bình 74 3.3.1 Diễn biến mặn vùng cửa sông 74 3.3.2 Diễn biến chiều dài xâm nhập mặn sông 77 3.4 Định hướng đề xuất giải pháp ứng phó với xâm nhập mặn 80 3.4.1 Các giải pháp cơng trình 80 3.4.2 Các giải pháp phi cơng trình 81 3.4 Kết luận chương III 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1- Đặc trưng hình thái số sơng hệ thống sơng Hồng – sơng Thái Bình[1] .6 Bảng 1- Biến động lượng nước trung bình năm số vị trí[1] 12 Bảng 1- Chiều sâu xâm nhập mặn 1‰ sông năm 2014 16 Bảng 1- Chiều sâu xâm nhập mặn 1‰ 4‰ sông năm 2015 16 Bảng 1- Chiều sâu xâm nhập mặn 1‰, 4‰ sông năm 2016 .17 Bảng 1- Đánh giá kiểm nghiệm thống kê xu biến đổi mực nước biển trung bình 28 Bảng 2- Thống kê số lượng mặt cắt dùng để tính tốn[1] 37 Bảng 2- Danh sách trạm biên lưu lượng 38 Bảng 2- Thơng tin kết nối mơ hình 1-2D 41 Bảng 2- Danh sách trạm hiệu chỉnh, kiểm định thủy lực 44 Bảng 2- Danh sách vị trí hiệu chỉnh kiểm định 44 Bảng 2- Bộ thông số nhám chi tiết cho đoạn sông 47 Bảng 2- Bộ thông số mô đun khuếch tán lan truyền mặn cho đoạn sông 48 Bảng 2- Kết hiệu chỉnh mực nước 51 Bảng 2- Kết hiệu chỉnh lưu lượng 52 Bảng 2- 10 Đánh giá sai số hiệu chỉnh mơ hình lan truyền mặn 52 Bảng 2- 11 Kết kiểm định mực nước 55 Bảng 2- 12 Kết kiểm định lưu lượng .56 Bảng 2- 13 Đánh giá sai số kiểm định mơ hình lan truyền mặn 57 Bảng 3- Biên lưu lượng thực đo trạm thủy văn ứng với kịch trạng 60 Bảng 3- Kết tính tốn dịng chảy trung bình tháng mùa kiệt trạm thủy văn dảnh hưởng BĐKH đến năm 2030 61 Bảng 3- Biên lưu lượng ngày trạm thủy văn đến năm 2030 62 Bảng 3- Biên lưu lượng ngày trạm thủy văn tính đến năm 2050 63 Bảng 3- Độ mặn vị trí tuyến sơng đồng sơng HồngThái Bình ứng với kịch trạng 66 Bảng 3- Độ mặn vị trí dọc tuyến sơng đồng sơng HồngThái Bình ứng với KB BĐKH 2030 70 Bảng 3- Độ mặn vị trí dọc tuyến sơng đồng sơng HồngThái Bình ứng với KB BĐKH 2050 73 Bảng 3- Độ mặn lớn vùng cửa sơng hệ thống sơng Hồng- Thái Bình .75 Bảng 3- 10 Sự thay đổi chiều dài xâm nhập mặn kịch 77 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2- Các ứng dụng kết nối tiêu chuẩn 35 Hình 2- Một ứng dụng kết nối bên 36 Hình 2- Sơ đồ thủy lực hệ thống sơng Hồng – Thái Bình 39 Hình 2- Các cơng trình lấy nước hệ thống sơng Hồng- Thái Bình 40 Hình 2- Lưới tính, địa hình tính tốn khu vực nghiên cứu 41 Hình 2- Sơ đồ mơ kết nối mơ hình 1-2D 42 Hình 2- Vị trí trạm hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 45 Hình 2- So sánh mực nước trường hợp hiệu chỉnh 51 Hình 2- So sánh độ mặn trạm kiểm tra trường hợp hiệu chỉnh 52 Hình 2- 10 So sánh mực nước vị trí trạm kiểm tra trường hợp kiểm định 55 Hình 2- 11 So sánh độ mặn trạm kiểm tra trường hợp kiểm định 57 Hình 3- Đường tần suất dòng chảy mùa kiệt trạm Sơn Tây 1988-2015 59 Hình 3- Chiều dài xâm nhập mặn đồng sơng Hồng- Thái Bình ứng với kịch trạng 64 Hình 3- Bản đồ diễn biến xâm nhập mặn vùng hạ du lưu vực sơng Hồng – Thái Bình ứng với kịch trạng 65 Hình 3- Vị trí số cống lấy nước đồng sông Hồng- Thái Bình 66 Hình 3- Nồng độ mặn số vị trí cống lưu vực sơng Hồng – Thái Bình ứng với kịch trạng 67 Hình 3- Chiều dài xâm nhập mặn đồng sơng Hồng- Thái Bình ứng với kịch biến đổi khí hậu năm 2030 68 Hình 3- Bản đồ diễn biến xâm nhập mặn vùng hạ du lưu vực sơng Hồng- Thái Bình ứng với kịch BĐKH NBD năm 2030 69 Hình 3- Nồng độ mặn số vị trí cống quan trọng lưu vực sơng Hồng – Thái Bình ứng với kịch BĐKH&NBD đến năm 2030 71 Hình 3- Chiều dài xâm nhập mặn đồng sơng Hồng- Thái Bình ứng với kịch biến đổi khí hậu năm 2050 71 Hình 3- 10 Bản đồ diễn biến xâm nhập mặn vùng hạ du lưu vực sơng Hồng- Thái Bình ứng với kịch BĐKH NBD năm 2050 72 Hình 3- 11 Nồng độ mặn số cơng lưu vực sơng Hồng – Thái Bình ứng với kịch BĐKH&NBD đến năm 2050 74 Hình 3- 12 Nồng độ mặn cửa sơng trích theo mặt cắt ngang ứng với kịch lưu vực sông Hồng – Thái Bình 76 Hình 3- 13 Chiều dài xâm nhập mặn tuyến sơng lưu vực sơng Hồng – Thái Bình 78 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu NBD Nước biển dâng NTTS Nuôi trồng thủy sản PTNT Phát triển nông thôn RCP2.6 Kịch nồng độ khí nhà kính thấp RCP4.5 Kịch nồng độ khí nhà kính trung bình thấp RCP8.5 Kịch nồng độ khí nhà kính cao SXNN Sản xuất nơng nghiệp XNM Xâm nhập mặn vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Biến đổi khí hậu (BĐKH) thách thức lớn toàn nhân loại kỷ 21 kỷ BĐKH đã, làm thay đổi toàn diện, sâu sắc trình phát triển an ninh toàn cầu như: lương thực, nước, lượng, vấn đề văn hóa, xã hội, mơi trường Theo dự báo nhà khoa học tình hình phát thải khí nhà kính khơng giảm vào năm 2030 nồng độ khí CO2 khí tăng gấp đôi so với thời kỳ tiền công nghiệp khoảng 700 ppm Hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độ trái đất tăng lên kéo theo hàng loạt yếu tố khí hậu khác lượng mưa, độ ẩm, nhiệt độ, xạ… thay đổi theo Kết nghiên cứu Ngân hàng giới (WB) nhiều tổ chức Quốc tế cho thấy, Việt Nam xem nước bị ảnh hưởng nặng nề biến đổi khí hậu tồn cầu Theo kịch BĐKH cho Việt Nam công bố năm 2016, đến năm 2100 nhiệt độ trung bình tăng khoảng 2-30C, mực nước biển trung bình dâng 1,0m Các tượng khí hậu cực đoan diễn thường xuyên bất thường hơn, hậu kéo theo nước biển dâng, xói lở bờ biển, xâm nhập mặn, bão, áp thấp nhiệt đới, mưa lớn gây lũ, hạn hán, nắng nóng, rét đậm, … diễn biến ngày khắc nghiệt Dưới tác động biến đổi khí hậu hoạt động khai thác sử dụng nước bất hợp lý, làm cho tình hình hạn hán, xâm nhập mặn ngày diễn biến phức tạp Phạm vi khu vực khô hạn gia tăng, xâm nhập mặn lấn sâu vào vùng đồng gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng lượng nước cấp cho nhu cầu nước sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp ngành kinh tế khác[2] Hiện tượng nước biển dâng có tác động tiêu cực đến bờ biển, xâm nhập mặn ngày tồi tệ, đặc biệt khu vực cửa sơng – ven biển, vấn đề biến đổi khí hậu – nước biển dâng với mực nước tuyến sông vùng hạ du đồng Bắc Bộ có xu bị hạ thấp, làm cho mức độ xâm lấn mặn ngày gia tăng mùa kiệt thách thức lớn cho ngành thủy lợi Theo số liệu đo đạc, khảo sát Bộ Nông nghiệp PTNT, Bộ Tài nguyên Môi trường tỉnh khu vực cho thấy: Trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình dịng chảy mùa kiệt bị suy giảm mạnh, thực tế từ năm 2001 trở lại cho thấy mực nước sông Hồng Hà Nội từ tháng 12 đến tháng thấp trung bình nhiều năm từ 0,51,1m Điển hình mực nước sơng Hồng hạ thấp xuống đến cao trình +0,1m vào ngày 21/2/2010 Lưu lượng dòng chảy hạ du giảm, mực nước sông vùng đồng bị hạ thấp, nước biển dâng cao kết hợp triều cường tạo điều kiện cho nước biển lấn sâu vào lục địa dẫn đến tình trạng xâm nhập mặn diễn diện rộng ngày phức tạp Từ đến cuối mùa khô, lượng nước từ thượng lưu đổ ngày giảm thời kì xâm nhập mặn nội địa vùng ven biển sông Hồng – Thái Bình đạt cực đại Chiều sâu xâm nhập mặn từ 25km đến 40km tính từ cửa biển tùy theo đặc điểm sông phụ thuộc vào điều tiết hồ chứa vào thời kỳ Liên tiếp năm từ 2003 trở lại đây, nước mặn lấn sâu vào sông địa bàn tỉnh Hải Phịng, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình, Ranh giới mặn 1‰ xâm nhập ngày sâu vào tuyến sông Hồng, Ninh Cơ, Trà Lý, Văn Úc, Thái Bình, Đáy Đặc biệt, tháng 1/2006, mặn xâm nhập sâu đến mức kỷ lục: Trên sông Hồng mặn lấn sâu đến cửa cống Hạ Miêu I với độ mặn 7,2‰ cách biển 26km; sông Ninh Cơ, mặn lấn sâu đến cửa cống Múc với độ mặn 1,7‰, cách biển tới 37km; sơng Đáy mặn đến cửa cống Bình Hải I với độ mặn 5‰, cách biển 18km Độ mặn vượt nồng độ cho phép tiêu chuẩn nước cấp phục vụ cho sản xuất nông nghiệp thủy sản gây thiệt hại lớn cho khu vực này[3] Vì vậy, để đánh giá thực trạng tình hình diễn biến xâm nhập mặn khu vực hạ du đồng sơng Hồng – Thái Bình, học viên lựa chọn đề tài luận văn “Nghiên cứu diễn biến xâm nhập mặn cửa sông vùng đồng sơng Hồng – Thái Bình có xét tới tác động biến đổi khí hậu” với mong muốn đóng góp số kết nghiên cứu mới, làm sở khoa học để đề xuất giải pháp - biện pháp thích hợp nhằm ứng phó hiệu với tác động bất lợi xâm nhập mặn khu vực Mục tiêu luận văn Mục đích nghiên cứu tính tốn mơ diễn biến xâm nhập mặn khu vực cửa sông vùng ven biển đồng sông Hồng – Thái Bình có xét tới ảnh ... đất – nước, ) Do để đạt mục tiêu đặt ra, nghiên cứu xâm nhập mặn cửa sông, đề tài xem khu vực nghiên cứu hệ thống thống điều kiện cấu thành hệ thống gồm: địa hình, chế độ mưa, dòng chảy, chế độ... 36 Hình 2- Sơ đồ thủy lực hệ thống sông Hồng – Thái Bình 39 Hình 2- Các cơng trình lấy nước hệ thống sơng Hồng- Thái Bình 40 Hình 2- Lưới tính, địa hình tính tốn khu vực nghiên cứu ... nghiên cứu xâm nhập mặn Việt Nam 17 1.2.1 Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn Việt Nam 17 1.2.2 Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn có xét tới tác động BĐKH NBD 18 1.2.3 Tình hình nghiên cứu